Совершенствование конструктивной формы стальных узкобазых решетчатых опор воздушных линий электропередачи повышенной надежности

Введение. Развитие электрических сетей напрямую зависит от стоимости и надежности конструкций воздушных линий электропередачи (ВЛ), для чего необходимо, прежде всего, уточнение статических и динамических нагрузок и воздействий с целью оценки несущей способности при проектировании и эксплуатации; поиск, разработка и апробация новых оптимальных решений опор ВЛ, а также комплексный подход к проектированию сети как единой конструкционной системы на основе учета требований изготовления, монтажа и эксплуатации. Цель исследования — поиск оптимальной конструктивной формы стальных узкобазых башенных и портальных опор ВЛ напряжением 35 и 110 кВ.

Материалы и методы. При исследовании башенных одностоечных и портальных опор ВЛ 35 и 110 кВ с диагоналями и распорками по массе учитывались нормальные, аварийные и монтажные режимы работы для анкерованных участков с углами поворота воздушной линии от 0 до 60°. Линия рассматривалась как единая система. При изучении анкерно-угловых опор по массе учитывались возможные режимы работы: нормальные, аварийные и монтажные для различных углов поворота трассы линии.

Результаты. Разработан алгоритм определения напряжений для всех регламентируемых нормативными документами режимов работы токоведущих проводов и необходимого количества пролетов ВЛ. Впервые решена задача расчета напряженно-деформированного состояния ВЛ как единой системы с учетом совместной работы токоведущих проводов, грозотросов, гирлянд изоляторов, опор и фундаментов. На основе предложенного численного метода оптимизации дополнительно снижены показатели массы и стоимости узкобазых опор до 20 %.

Выводы. Предложенные узкобазые опоры технологичны в изготовлении, монтаже и эксплуатации. Портальные опоры с подкрепляющими диагоналями и без них рациональны в анкерно-угловых вариантах 110 кВ, особенно при больших нагрузках из плоскости и значительных перепадах рельефа местности, а также в промежуточных вариантах 110 кВ при высоте опор до 27 м. На ВЛ напряжением 35 кВ применение портальных свободностоящих опор дает положительный эффект только для промежуточных вариантов высотой до 20 м.

1. Крюков К.П., Новгородцев Б.П. Конструкции и механический расчет линий электропередачи. Л. : Энергия, 1979. 312 с.

2. Golikov A., Gubanov V., Garanzha I. Atypical structural systems for mobile communication towers // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365. P. 052010. DOI: 10.1088/1757-899X/365/5/052010

3. Шевченко Е.В. Анализ критериев устойчивости решетчатых башенных опор ВЛ // Вестник ДонНАСА. 2013. № 13 (4). С. 101–114.

4. Shapovalov S.N., Udod E.I. Increase of reliability and durability of electric grid structures. Kiev : Buildings, 2017. Р. 434.

5. Ведяков И.И., Еремеев П.Г., Соловьев Д.В. Научно-техническое сопровождение и нормативные требования при реализации проектов зданий и сооружений повышенного уровня ответственности // Промышленное и гражданское строительство. 2018. № 12. С. 14–19. EDN VRJMYQ.

6. Назим Я.В. Особенности проектирования и расчета конструкций переходных опор ВЛ // Современное промышленное и гражданское строительство. 2019. № 11 (3). С. 38–49.

7. Миронов A.Н., Шевченко Е.В. Проблемы устойчивости стержней башенных решетчатых опор воздушных линий электропередачи // Вестник ДонНАСА. 2017. № 3 (113). С. 11–24.

8. Танасогло А.В., Гаранжа И.М., Федорова С.Р. Мониторинг одностоечных свободностоящих опор воздушных линий электропередачи при действии ветровых нагрузок // Жилищное строительство. 2023. № 12. С. 73–78. DOI: 10.31659/0044-4472-2023-12-73-78. EDN ZSSEHX.

9. Сенькин Н.А., Филимонов А.С. Взаимодействие конструктивных элементов в линейной цепи воздушной линии электропередачи // Жилищное строительство. 2024. № 1–2. С. 101–108. DOI: 10.31659/0044-4472-2024-1-2-101-108. EDN SCMQKH.

10. Ефимов Е.Н., Тимашова Л.В., Ясинская Н.В. Причины и характер повреждаемости компонентов воздушных линий электропередачи напряжением 110–750 кВ в 1997–2007 гг. // Энергия единой сети. 2012. № 5 (5). С. 32–41. EDN VXCBYN.

11. Shevchenko Ye., Nazim Ya., Tanasoglo A., Garanzha I. Refinement of Wind Loads on Lattice Support Structures of the Intersystem Overhead Power Transmission Lines 750kV // Procedia Engineering. 2015. Vol. 117. Pp. 1028–1035. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.08.225

12. Khawaja A.H., Huang Q., Khan Z.H. Monitoring of Overhead Transmission Lines : a Review from the Perspective of Contactless Technologies // Sensing and Imaging. 2017. Vol. 18. Issue 1. DOI: 10.1007/s11220-017-0172-9

13. Ohsaki M. Optimization of Finite Dimensional Structures. Tokyo : CRC Press Taylor & Francis Group, 2019. 221 p.

14. A.S.C.E Design of Latticed Steel Transmission Structures. New York : A.S.C.E, 2021. 98 p.

15. Bazant Z.P., Cedolin L. Stability of structures. New York : Oxford University Press, 2010. 1011 p. DOI: 10.1142/9789814317047

16. Coskun S.B. Advances in computational stability analysis. Rijeka : InTech, 2018. 132 p.

17. Winterstetter T., Schmidt H. Stability of circular cylindrical steel shells under combined loading // Thin-Walled Structures. 2002. Vol. 40. Issue 10. Pp. 893–910. DOI: 10.1016/S0263-8231(02)00006-X

18. Yoo C.H., Lee S.C. Stability of structures — principles and applications. New York : Elsevier Academic Press, 2017. 529 p.

19. Yang B. Stress, strain, and structural dynamics : an interactive handbook of formulas, solutions, and MATLAB Toolboxes. Cambrige : Elsevier Academic Press, 2020. 314 p.

20. Горохов Е.В., Васылев В.Н. Силовые испытания устойчивости фрагментов опор ВЛ 330кВ // Современное промышленное и гражданское строительство. 2019. Т. 15. № 3. С. 53–62.

21. Назим Я.В., Горохов Е.В. Оптимизация решетки опор ВЛ по критерию устойчивости стержней // Металлические конструкции. 2017. № 21 (2). С. 20–36.

22. Саливон Ю.И., Бакаев С.Н. Алгоритм мониторинга технического состояния решетчатых опор высоковольтных линий электропередачи // Металлические конструкции. 2018. № 18 (2). С. 135–149.

23. Kondrateva O.E., Voronkova E.M., Loktionov O.A. Impact assessment of weather and climate events on overhead transmission lines reliability with voltages up to 110–220 kV // 2021 3rd International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). 2021. Pp. 1–6. DOI: 10.1109/REEPE51337.2021.9388054

24. Сенькин Н.А. Учет прогрессирующего обрушения при проектировании опор воздушных линий электропередачи // Вестник гражданских инженеров. 2022. № 4 (93). С. 37–46. DOI: 10.23968/1999-5571-2022-19-4-37-46. EDN MXCQXB.